III - Universidad de Santiago

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
DEPARTAMENTO DE FÍSICA
FACULTAD DE CIENCIA
CARRERA: LIC. EN QUÍMICA
COORDINADORA: CECILIA TOLEDO V .
SEMESTRE PRIMERO DEl 2011
LABORATORIO FISICA Nº 6
TRABAJO – ENERGIA
OBJETIVOS
1. Determinar el trabajo realizado por la fuerzas que actúan sobre bloques
2. Identificar la energía cinética y la potencial gravitatoria y la elástica
3. Verificar la conservación de la energía mecánica para un lanzamiento de proyectil ( y/o
un péndulo)
INTRODUCCIÓN
Se ha trabajado en los laboratorios anteriores estudiando el movimiento, estudiando el porqué
algunos cuerpos se mueven, en este laboratorio se realizarán las actividades desde el punto de
vista energético.
La transformación de un tipo de energía en otra es una parte esencial del estudio no sólo de
la física sino que también de la química y de la biología, como también de la ingeniería, de la
astronomía etc.
Un tipo muy común de problemas en la naturaleza son aquellos en los cuales las fuerzas
dependen de la posición, como la fuerza de gravitación entre los cuerpos, fuerza elástica de
un resorte. Para determinar el movimiento de una partícula sometida a este tipo de fuerza se
pueden usar los conceptos físicos de Trabajo y Energía y el principio de Conservación de la
Energía Mecánica.
DEBE REVISAR EL ANEXO TEORICO DE ESTA GUIA PARA PRESENTARSE AL
LABORATORIO
ACTIVIDADES A DESARROLLAR
I.- Objetivo: determinación del trabajo realizado por distintas fuerzas
m1
A
d
B
m2
d
H1
Ug=0 , tierra
1.-
Realice el montaje indicado en la figura.
cecilia.toledo@usach.cl
DEPARTAMENTO DE FISICA - UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
1
2.-
Las foto-celdas sepárelas una distancia aproximada
movimiento el sistema.
d = 50cm. , luego ponga en
3.-
Identifique cada una de las fuerzas que actúa sobre ambos bloques, cuando estos están
en movimiento
4.-
Determine el trabajo que realizado por cada una de las fuerzas que actúa sobre el
bloque m1 y sobre el bloque m2 cuando el bloque m1 recorre la distancia “d”. Plantéese
cuales serán los datos que deberá registrar.
5.-
De acuerdo al teorema del trabajo y la energía, se sabe que el trabajo neto sobre el
sistema es equivalente a la variación de la energía cinética, entonces, calcule el trabajo
neto sobre m1 y sobre m2.
WNETO  KFINAL  KINICIAL
II._ Considerando la conservación de la energía, determinar la constante elástica del
resorte del lanzador del proyectil
1.- El disparador de proyectil tiene tres posiciones de disparo con
distintas compresiones. Diseñe una metodología de trabajo de
modo que usando el principio de conservación de la energía pueda
determinar:
a) la energía mecánica del sistema
b) la constante de elasticidad del resorte.
c) la máxima energía cinética que adquiere el proyectil
vo
Coméntale con su profesor y proceda a tomar las mediciones
pertinentes. En su informe detalle con precisión los pasos
seguidos y los instrumentos que utilizó.
Repita el proceso cinco veces , obtenga valores promedios.
Escriba las ecuaciones que le permita ver que se cumple el principio de conservación de la
energía
ENERGIA Y EL TRABAJO
Los conceptos de energía y trabajo están ligados. La energía es uno de los conceptos físicos
importante en la ciencia y esta se presenta de diferentes formas.
El sol es una fuente inagotable de energía, sin él, la vida en nuestro planeta no podría existir
En nuestros alimentos que ingerimos por ejemplo nos preocupa ver cuanta energía nos
aportan cada uno de ellos.
Diversos tipos de energía conocemos, así podemos hablar de energía química, hidráulica, ,
energía nuclear, energía calórica, energía mecánica, energía electromagnética, energía
eólica, energía mecánica, etc.
cecilia.toledo@usach.cl
DEPARTAMENTO DE FISICA - UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
2
Cataratas de
Iguazu
eolicas.blog.com
Estos tipos de energía se pueden relacionar entre sí.
La transformación de un tipo de energía en otra es una parte esencial del estudio no sólo de
la física sino que también de la química y de la biología, como también de la ingeniería, de la
astronomía etc.
Un tipo muy común de problemas en la naturaleza son aquellos en los cuales las fuerzas
dependen de la posición, como la fuerza de gravitación entre los cuerpos, fuerza elástica de
un resorte.
Para determinar el movimiento de una partícula sometida a este tipo de fuerza se usan los
conceptos de Trabajo y energía.
El concepto de energía es uno de los conceptos físicos importante en la ciencia, esta se puede
presentar de diferentes formas, es así como podemos hablar de energía química, energía
nuclear, energía calórica, energía mecánica, energía electromagnética, energía eólica, etc.
Estos tipos de energía están relacionados entre sí en el hecho cuando una de ellas se
transforma en otra, por ejemplo energía mecánica en energía eléctrica.
La transformación de un tipo de energía en otra es una parte esencial del estudio no sólo de
la física sino que también de la química y de la biología, como también de la ingeniería, de la
astronomía etc.
CONCEPTO FÍSICO DE TRABAJO:
El concepto físico de trabajo ( W) implica fuerza y desplazamiento, es así que para
una fuerza constante F , el trabajo realizado por dicha fuerza entre los puntos P1 y P2 ,
viene dado por el producto escalar o producto punto entre las magnitudes vectoriales fuerza y
desplazamiento.

F
W = F • dr
W = F r cos

P1
cecilia.toledo@usach.cl
P2
DEPARTAMENTO DE FISICA - UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
3


Donde F es la fuerza aplicada y  r el desplazamiento entre los puntos P1 y P2, W
es el trabajo realizado por dicha fuerza constante(es una magnitud escalar). Debe hacerse
notar que podría haber fuerza y desplazamiento , pero esa fuerza puede no desarrollar
trabajo físico ¿ que condición se debe cumplir para que así suceda?
Si la fuerza no es constante, las expresiones anteriores para trabajo no son válidas y el
trabajo se determina de otro modo, dependiendo de las condiciones que se den.
En la siguiente figura presentada se observa que hay varias fuerzas que actúan sobre el
bloque, se puede examinar cada una de ellas para ver cual es el trabajo que hacen entre los
puntos A y B . Además de la fuerza F , actúa la fuerza peso (m g ), la fuerza de roce ( fk ) y la
fuerza normal.

F
Roce
A
Normal
desplazaniento

Peso
B
Un teorema importante es EL TEOREMA DEL TRABAJO Y LA ENERGÍA, el cual establece que el
trabajo neto realizado sobre un cuerpo entre dos puntos es equivalente a la variación de la
energía cinética (K) entre esos puntos (donde la energía cinética es equivalente a 1/2m v2 )
Wneto  K
Wneto  KFINAL  KINICIAL
WF + WPESO + ........+WROCE = K
El principio de conservación de la energía mecánica ( E = la energía cinética más la energía
potencial gravitatoria y/o elástica), establece que para un sistema en que sólo actúen fuerzas
conservativas, la energía mecánica del sistema se debe conservar. La fuerza peso y la fuerza
elástica de un resorte son ejemplos de fuerzas conservativas. Para dos estados se tiene:
E1 = E2
E1= (1/2mv2 + mgh + ½ k x)1
E2= (1/2mv2 + mgh + 1/2k x2)2
Ug = mgh
energía potencial gravitatoria
K = 1/2m v2
energía cinética.
Ue = ½ k x2
energía potencial elástica
Para completar información, revisar apuntes de teoría.
cecilia.toledo@usach.cl
DEPARTAMENTO DE FISICA - UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
4